Relatório FINAL: Avaliação dos impactos decorrentes do lançamento de efluentes urbanos no Rio...

Universidade Federal do Espírito SantoPrograma Institucional de Iniciação Científica

Relatório Final de Pesquisa

Título do Subprojeto: Avaliação dos Impactos Decorrentes do Lançamento

de Efluentes Urbanos no Rio São Mateus - ES

Identificação: Avaliação dos impactos decorrentes do lançamento de efluentes urbanos no Rio São Mateus-ES.

Grande área do CNPq.: 1.00.00.00-3 - Ciências exatas e daterra

Área do CNPq: 1.06.00.00-0 - Química

Título do Projeto:

Caracterização Hidroquímica e Avaliação da Qualidade da Água do Rio

São Mateus-ES

Professor Orientador: Prof. Dr. Aloísio José Bueno Cotta

Estudante PIBIC: Maria Vittória Leite Guedes Vargas

Resumo: Aqui estão apresentados parte dos resultados obtidos durante a caracterização das

águas dos Rios São Mateus e de seu afluente, rio Abissínia, a qual é conduzida com intuito de

verificar os impactos causados pelo lançamento dos efluentes urbanos da cidade de São

Mateus sobre a qualidade destas águas. Verificou-se que dentre os diversos parâmetros de

qualidade da água estudados, o mais afetado pelos efluentes municipais é oxigênio dissolvido

(OD), o qual para o rio Abissínia é completamente consumido devido o lançamento direto de

esgoto sanitário rico em matéria orgânica biodegradável (MOB). O que causa severo impacto

sobre este curso d'água. Para o rio São Mateus, tal aporte de pode ser preocupante (dada a

possibilidade de significativa depleção do OD durante os períodos de estiagem), conforme foi

verificado após modelagem utilizado a metodologia proposta por Streeter e Phelps (1925), com

auxílio do software livre o AD'ÁGUA 2.0. Contudo, para o período considerado 06/2012 a

07/2013, devido a grande capacidade de diluição das águas do rio São Mateus, proporcionada

por sua elevada vazão frente à carga de MOB despejada, o rio não apresentou valores que

excedem o preconizado na resolução CONAMA, 357 (2005) para rios classe 2.

Palavras chave: Qualidade da água, oxigênio dissolvido, efluente urbano, capacidade de

autodepuração.

1 – Introdução

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Nas últimas décadas, os problemas ambientais têm se tornado cada

vez mais críticos e frequentes. Estes estão, em sua maioria,

associados ao crescimento populacional e ao aumento das atividades

industriais, os quais não são acompanhados de investimentos para

mitigação de seus impactos. Tais impactos, associados a ação

antrópica, podem ser observados através das alterações da qualidade do

solo, ar e água. Sem dúvida, a o comprometimento da qualidade das

águas é um dos principais problemas da sociedade brasileira.

A cidade de São Mateus é uma das mais ricas na porção norte do

ES com uma população superior a 100.000 habitantes (IBGE 2010) e alto

Índice de Desenvolvimento Humano Municipal (IDHM), o qual passou de

0,610 em 2000 para 0,735 em 2010 (PNUD 2013). Apesar disso, a cidade

não dispõe de estação de tratamento de esgoto, e como consequência, os

despejos domiciliares e aqueles decorrentes de atividades industriais

são lançados diretamente no rio São Mateus, o qual cruza a cidade, e

no rio Abissínia, o qual deságua no rio São Mateus poucos quilômetros

após receber boa parte dos despejos da cidade.

Dentre os gases dissolvidos na água, o oxigênio molecular (O2) é

um dos mais importantes na dinâmica e caracterização dos ecossistemas

aquáticos (Esteves, 1998). A água em contato com o ar está geralmente

saturada com O2, o conteúdo de oxigênio molecular dissolvido (OD) pode

alcançar valores acima de 100% de saturação quando acrescido pelo O2

produzido por plantas aquáticas durante a fotossíntese e pela areação

natural promovida pelo fluxo da água ou pela ação de ventos. Por outro

lado, um decréscimo no OD ocorre sempre quando a temperatura se eleva

ou quando os processos que consomem oxigênio, como a respiração animal

e a degradação da biomassa, superam os processos que promovem a

aeração da água.

Em um ambiente equilibrado, todo o oxigênio dissolvido (OD)

consumido durante a degradação da matéria orgânica é rapidamente

reposto pela reaeração natural da água, evitando assim déficits de OD.

Porém, reduções acentuadas podem ocorrer, com implicações severas,

quando grandes quantidades de matéria orgânica biodegradável, como a

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presente no esgoto doméstico, são lançadas nos ambientes aquáticos

(Braga 2005). Entretanto, é possível lançar despejos em ecossistemas

aquáticos sem comprometer sua dinâmica, para isso, deve-se estimar a

quantidade de MOB que o rio consegue assimilar ou autodepurar. A

avaliação desta capacidade de autodepuração do rio São Mateus

constitui o foco desta pesquisa.

1.1 -Área de estudo

A bacia do rio São Mateus localiza-se no norte do Espírito Santo

e no leste de Minas Gerais abrangendo uma área aproximada de 13.500

km². São dois os principais rios que drenam sua área: o rio Cotaxé ao

Norte (Braço Norte) com 244 km de extensão, e o rio Cricaré ao Sul

(Braço Sul) com 188 km de extensão. A confluência dos Braços Norte e

Sul ocorre no baixo curso da bacia, no município de São Mateus-ES,

onde passa a se chamar Rio São Mateus, Figura 1. Nesta região as

chuvas apresentam distribuição sazonal, com o período seco ocorrendo

entre Maio e Setembro, e o período de maior precipitação entre

novembro e fevereiro, o qual geralmente concentra acima de 70% da

precipitação anual.

Diversos parâmetros da qualidade da água foram monitorados em

dois pontos do rio São Mateus. Um localizado aprox. 2 km à montante da

cidade e outros após o rio São Mateus receber parte dos efluentes

municipais e as águas do rio Abissínia, o qual também recebe os

efluentes municipais. Os mesmos parâmetros também foram monitorados em

um ponto do rio Abissínia, imediatamente antes deste alcançar o rio

São Mateus.

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FIGURA 1. Porção da bacia do rio São Mateus pertencente ao Espírito

Santo.

A bacia do rio São Mateus é desde suas nascente até a sua foz

recebe uma significativa carga de poluentes, na forma de esgoto

sanitário, lançados pelas mais de 20 cidades por onde ela está

distribuída, com um total populacional de mais de 430.000 habitantes

(IBGE 2010). A cidade de São Mateus-ES não dispõe de estação de

tratamento de esgoto, por isso os despejos urbanos são diretamente

lançados no rio. Além disso, a qualidade dessas águas é também afetada

por outras fontes difusas de poluição associadas a atividades

agrícolas e industriais de diversos portes. Em sua porção mineira, a

qualidade das águas é monitorada pelo IGAM, porém tais informações

para o Rio São Mateus não estão disponíveis.

2 – Objetivos

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Este projeto de pesquisa objetivou avaliar os impactos causados

pelos efluentes lançados pela cidade de São Mateus-ES sobre a

qualidade das águas do Rio São Mateus e avaliar a capacidade de

autodepuração do rio.

3 – Metodologia

A qualidade da água foi avaliada através dos parâmetros:

oxigênio dissolvido (OD), demanda bioquímica de oxigênio (DBO5,20),

condutividade, pH, fósforo solúvel e temperatura determinados em

diferentes pontos amostrais, sendo um a montante da cidade de São

Mateus-ES e em um ponto (a jusante) após o rio São Mateus receber os

efluentes lançados pela cidade. A partir de tais dados os impactos

sobre as águas do rio São Mateus foram avaliados e comparados com os

valores de referência da Resolução CONAMA 357, 2005.

Para avaliar a capacidade de autodepuração do rio, além das

medidas realizadas nos pontos amostrais, uma simulação com o programa

AD`ÁGUA 2.0 foi realizada considerando-se a vazão de referência e

características hidráulicas do rio, além de outros dados obtidos no

âmbito desta investigação.

3.1 - Definição da vazão de referência e outros parâmetros hidráulicos

Os dados de vazão do rio São Mateus, estação fluviométrica Boca

da Vala, e de precipitação foram obtidos da base de dados hidrológicos

da Agência Nacional de Águas (ANA- SNIRH) e combinados com as curvas

de regionalização de vazão para à bacia (CPRM 2002), a fim de estimar

a vazão de referência para o rio São Mateus no trecho em estudo. A

vazão mínima de referência (Qmin,7,10) foi estabelecida considerando-se

uma área de drenagem (A) de 12.700 km2, com uma precipitação média (P)

de 1,1 m/ano, empregando-se a curva de regionalização de vazão

proposta pela CPRM (2002) para esta bacia, considerando um período (D)

de sete dias (Qmin,7,10=0,0008xA1,0659xD0,1659xP-0,1109).

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No ponto amostral, a vazão do rio Abissínia foi determinada

medindo-se a velocidade da água (método do flutuador), sua largura e

profundidade, para se estimar sua descarga sobre o rio São Mateus. A

vazão do rio São Mateus foi estimada, durantes as amostragens,

utilizando-se o mesmo procedimento.

3.2 - Parâmetros da qualidade da água determinados

Foram coletadas e analisadas amostras de água do rio São Mateus

(a montante e jusante da cidade) e do rio Abissinia, a fim de

identificar e quantificar as possíveis perturbações causadas pelo

lançamento desses efluentes (constituído principalmente por esgoto

doméstico não tratado) nestas águas.

Os parâmetros físico-químicos foram medidos in-situ utilizando

sensores específicos. Para OD e temperatura utilizou-se o oxímetro

ExStick RE300 e o medidor portátil HI98130, marca HANNA, para pH e

condutividade. O mesmo oxímetro foi empregado nas determinações de

DBO5,20, conforme a Norma Técnica NBR 12614, para encubação sem semente.

O teor de sólidos totais foi obtido pelo método gravimétrico, seguindo

NBR 10664. As concentrações de fósforo foram determinadas pelo método

colorimétrico do Azul de Molibidênio, após a filtração em papel de

filtro quantitativo (JP 41).

4 – Resultados

A vazão mínima de referência (Qmin,7,10) de 15,6 m3/s foi calculada

para o rio São Mateus, considerando-se a curva de regionalização de

vazão proposta pela CPRM (2002) para esta bacia. Para o rio

Abissínia, a vazão medida variou entre 0,5 e 0,7 m3/s, resguardando um

intervalo de 3 dias sem chuvas.

Na Tabela 1 resume alguns dados obtidos no âmbito desta pesquisa

durante junho de 2012 e julho de 2013 são comparados com os valores

afixados na resolução do CONAMA, 357 (2005).

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TABELA 1- Comparação entre os dados obtidos e os padrões paralançamentos dos efluentes em corpos receptores afixados na resolução do CONAMA, 357 (2005)

Parâmetro

CONAMA357,

classe 2

Faixa de valores encontradosRio Abissínia Rio SM antes da

cidadeRio SM

depois dacidade

OD >5 <0,3 4,5-7,5 4,4-7,0DBO5,20 <10 45-120 1,5-2,6 2,5-3,5Fósfor

o 0,15 3,6-4,5 0,02-0,06 0,04-0,09

pH 6-9 4,5-5,0 6,5-6,9 6,6-7,1 OD, DBO5,20 e Fósforo dados em mg/L.

As fotos abaixo (Figura 2), foram obtidas em 03/06/2013 no ponto

amostral do rio Abissínia. E ilustram o comprometimento da qualidade

de suas águas.

Figura 2. Fotos das águas do rio Abissínia, obtidas em 03/06/2013.

5 – Discussão e Conclusões

O rio Abissínia apresentou-se severamente impactado pelo

lançamento dos efluentes urbanos, registrando durante o período

estudado valores de OD sempre próximos a 0 mg/L, isto é completamente

anôxico e com elevada DBO5,20 em torno de 100 mg de O2/L. Neste ponto os

valores de P, variaram de 3,6 a 4,5, expresso em mg/L de PO43. Além de

apresentar fortes odores, águas bastante turvas com muito material

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particulado em suspensão, condutividade 450 a 550 μS/cm e pH entre 6,5

e 6,8.

No ponto antes da cidade, o rio São Mateus apresentou teores de

OD variando de 6,5 a 7,5 mg/L, os quais correspondem a uma saturação

superior a 80%, DBO5,20 entre 1 a 2 mg de O2/L, teores de P entre 0,06

e 0,09 mg/L. Após receber os efluentes da cidade e as águas do rio

Abissinia (severamente impactado) detectou-se uma pequena deterioração

nestes parâmetros para as águas do rio São Mateus, o qual passa a

apresentar saturação de OD entre 60 a 80%, DBO5,20 entre 2 a 3 mg de

O2/L e P entre 0,09 e 0,12 mg/L. Conforme, proposto por Lamparelli

(2004), tais valores de P, permitem sua classificação de estado

trófico, como mesotrófico. Isto é, um corpo d’água com produtividade

intermediária, sujeito ao processo de eutrofização e comprometimento

da qualidade da água, mas ainda em nível aceitável. A pequena extensão

das alterações destes parâmetros para as águas do rio São Mateus, se

devem ao seu grande poder de diluição, o qual apresentou durante o

período estudado vazões entre 40 a 60 m3/s. Não se detectou

significativa alteração nos valores de condutividade ≈ 200 μS/cm e pH

≈ 7 nos pontos antes e após a cidade.

A modelagem da capacidade de autodepuração, foi realizada

utilizando-se o programa AD'ÁGUA 2.0, cujas variáveis de entra são:

vazão, concentração de oxigênio dissolvido e DBO5,20 para o rio, a

montante do lançamento, e para o efluente, coeficientes de

desoxigenação (K1 = 0,46 dia-1, foi determinada em ensaio cinético

realizado num intervalo de 15 dias, com medidas de DBO a cada 3 dias)

e de reaeração (K2, = 0,12 dia-1, foi estimada a partir das

características hidráulicas do rio, empregando-se a função de O'Connor

e Dobbins (1985), descrita em Sperling (2007), velocidade e

temperatura médias das águas, da concentração de saturação do OD e da

concentração mínima permissível de OD, esta última é limitada a 5

mg/L, uma vez que o rio São Mateus ainda não foi enquadradi, sendo,

portanto, considerado, como de Classe 2. Abaixo são apresentados os

dados utilizados na modelagem da capacidade autodepuração e o perfil

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do oxigênio dissolvido (Figura 3) para o rio São Mateus, após receber

as águas do rio Abissínia, o qual foi assumido como transportador dos

efluentes municipais para rio São Mateus.

Dados de entrada do modelo

Efluente (rio Abissínia)

Vazão: 0,5 m³/s

DBO5,20: 100 mg/L

K1: 0,46 dia-

1 OD: 0,0 mg/L

Curso d'água (rio São Mateus)

Figura 3. Estimativa do perfil de oxigênio dissolvido ao longo do

percurso do rio São Mateus após receber as águas (severamente

impactadas) do rio Abissínia, obtido com o programa AD’ÁGUA.

Conforme apresentado na Figura 3, o rio São Mateus esta sujeito

(durante os períodos de seca) a sérios impactos decorrentes do

lançamento dos efluentes municipais ricos em MOB, os quais podem levar

a uma significativa depleção do oxigênio dissolvido. Impacto este, que

ameaça a manutenção da vida aquática.9

Vazão de referência: 15,6m3/s Classe: 2

Velocidade média: 0,05 m/s

Altitude média: 1m

Profundidade média: 15 m Temperatura: 26º C

Percurso: 50 km DBO5,20 do rio: 2 mg/L

OD: 7,50 mg/L K2: 0,12 dia-1



Os resultados obtidos no âmbito desta pesquisa complementam os

dados que estão sendo levantados para compor um panorama geral da

qualidade das água do rio São Mateus. A qual constitui o objetivo

principal do projeto ao qual este subprojeto pertence. O monitoramento

será continuado até a conclusão do projeto principal.

6 – Referências Bibliográficas

AD'ÁGUA 2.0. Programa Ad'Água 2.0 para estimativa de autopeduração decursos d'água.(http://www.mundogeomatica.com.br/Programa_Ad'%C3%81gua2.0.htm).Acesso em: 10/05/2012.ANA-SNIRH. Agência Nacional de Águas. Sistema Nacional de Informaçõessobre Recursos Hídricos (http://www.ana.gov.br/portalsnirh/).Acessoem: 01/08/2013.BRAGA, B. Introdução à Engenharia Ambiental. 2ª Ed. São Paulo: PersonPrentice Hall, 2005.CPRM. Serviço Geológico do Brasil. Relatório-síntese do trabalho deRegionalização de Vazões da Sub-bacia 55.(http://www.cprm.gov.br/rehi/regionalizacao/sint_reg55.pdf). Acessadoem: 10/05/2012IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (2010)(http://www.ibge.gov.br) Acesso em: 10/05/2012.LAMPARELLI M. C. Grau de trofia em corpos d'água do estado de SãoPaulo: avaliação dos métodos de monitoramento. São Paulo, 2004. Tesede doutorado- Instituto de Biociências Universidade de São Paulo.PNUD (2013) Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento. Atlasdo Desenvolvimento Humano no Brasil.(http://www.pnud.org.br/IDH/Atlas2013.aspx?indiceAccordion=1&li=li_Atlas2013). Acessado em 14/08/2013.SPERLING, M. Estudos e modelagem da qualidade da água de rios. BeloHorizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental/UFMG, vol.7, 2007.CONAMA. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resolução nº 357, de 17 deMarço de 2005. Brasília (http://www.mma.gov.br/port/conama). Acessoem: 01/05/2012.

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http://www.ana.gov.br/

http://www.snirh.gov.br/

http://www.snirh.gov.br/

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